基于最小二乘法的参数与岩性间的定量分析方法在地质钻探中的应用

1、基于最小二乘法的参数与岩性间的定量分析方法在地质钻探中的应用    基于最小二乘法的参数与岩性间的定量分析方法在地质钻探中的应用 摘要:介绍了一种超前钻探地质预报的多参量融合系统.超前地质预报的多参量信息融合模型的建立分别在数据物理层、通信控制层和决策应用层3个融合层次上进行,通过对4路传感器信号进行融合,硕士论文范文代写建立了基于最小二乘法的参数与岩性间的定量分析方法,并给出了现场实测结果及判断. 关键词:隧道掘进机 围岩类别 多参量融合 最小二乘法 Abstract:Introduced a multi paramete

2、r fusionsystematic exploitation for advance drilling geolog-ical prediction.The data fusion models that werebased on data physical fusion layer,correspondencecontrol fusion layer,decision application fusion lay-er.Signals from 4 channels were fused together,least square method was applied to quantit

3、ative a-nalysis between parameters and lithology.Key words:tunnel boring machine(TBM);rockmasses classification; multi parameter fusion;least square method 0引言隧道掘进机施工法是现代化隧道施工的重要方法之一.但由于TBM是一种只能进不能退的施工技术,在对具有塌方、岩溶、高地应力及围岩大变形等不良地质情况的地段适应性较差1.在这些不良地质情况下施工有可能使机器被埋、被淹、被卡、造成TBM损坏,甚至是人员伤亡.为了减少地质灾害的发生

4、,展开超前地质预报势在必行.超前钻机水平钻孔法是短期地质预报最为有效的手段之一.一般预报距离在1530 m内,可获得前方掌子面的地层、岩性及涌水量情况,从而提出对施工的支护建议2.我们将多传感器信息融合技术应用于超前钻探地质预报系统,采用多传感器为系统提供所需信息,进行信息的综合处理,最终实现了超前钻探地质预报的参数与岩性的统一. 1参数与岩性间关系及信息融合模型对钻机钻进有影响的参数主要有:钻速、钻压、转速、扭矩和泵压等.美国宾汉等建立的钻速模式3:钻压越高,钻速越大;转速越快,钻速越大.由于钻速与岩性相关性较其它参数好,且其它参数又影响钻速与岩性的关系,采用其它参数对钻速参数进行

5、校正,最终建立起这些参数与岩性的关系.本文即是通过钻速、钻压、转速、钻进深度和泵压等参数建立起与岩性间的关系模型,从而判断出前方掌子面的岩性状况,为TBM施工及时提出支护建议.多传感器信息融合本质上是一个由底层到高层对多源信息进行整合、分析及综合处理的一个过程.系统的信息融合分为:数据物理层融合、通信控制层融合和决策应用层融合.该超前钻探地质预报多参量融合模型的建立分别在这3个层次上进行.对于前方掌子面岩体质量较好的岩体,它的参数与岩性间的关系表现在时域关系上为钻进速度大小呈缓变趋势,若出现缓慢上升趋势说明岩体质量有所下降,反之岩体质量趋于更好;对于前方掌子面岩体质量较差的岩体,它的参数与岩性

6、间的关系表现在时域关系上为钻进速度大小呈突变状态,若出现钻进速度突然明显上升则说明遇到了岩体质量很差的岩体,反之说明岩体质量很好.如图1所示为超前钻探地质预报的多传感器信息融合模型.  2多传感器在系统中的工程实现系统硬件结构如图2所示. a.信号传感单元模块.将从外界获得的非电压信号转换成电压信号,送给信号调理模块进行处理.在这里主要用3种传感器来分别对风压、水压、转速和钻进深度等参数进行实时测量.b.信号调理模块.将传感器输出的电量信号进行整形、转换和滤波处理,变成标准信号,并送入数据采集模块.c.数据采集模块.将输入进来调理过的信号进行A/D转换,并送入计算机进行处理.在该模块

7、中主要采用的是研华公司的PCI 1710数据采集卡4.d.系统监控软件模块.利用LabWindows/CVI5.5作为软件开发工具,采用多线程、数据库和Ac-tiveX服务器等技术实现了数据的采集、存储,实时显示各通道的波形变化,以便进行波形的分析,经过与样本知识库中的样本数据进行比较后得出实地的掌子面的岩性状况. 3多参量信息融合与定量分析假设随机变量y与m(m2)个自变量x1,x2,xm之间存在相关关系,且满足 即yN(a+b1x1+b2x2+bmxm,2).其中a,b1,b2,bm,2是与x1,x2,xm无关的未知参数,是不可观测的随机变量.称式(1)为m元线性回归模型.通过制

8、作的样本得到的多参量间的对应关系,分别将风压值、水压值、钻杆转速值、钻进深度值和钻进速度值赋给x1,x2,x3,x4,y,将样本值代入式(1),构成四元线性回归模型,得: 在对其进行回归效果的显著性检验后得知,这4个参数对钻进速度线性影响是显著的,说明该模型在理论上是正确的.为了进一步验证该模型的实用性,在现场取用了一段岩体较完整部分的数据,在剔除掉一些干扰数据后计算得出的结果如图3所示.再次在应用上证明了该模型的正确性.  4结束语研制了一种判断前方掌子面围岩类别的超前钻探地质预报多参量融合系统,可应用在TBM施工前,对采集到的数据进行分析,进而得出前方掌子面的围岩类别,以及前方多大范围内有节理发育或涌水等岩体质量较差的岩体,需要TBM在施工时注意加强支护.该系统具有检测灵敏度高、数据定时分析准确度高,结构简单和现场适应性强的特点,可加快TBM施工进度,缩短工期,降低施工成本. 参考文献:1王占生,王梦恕.TBM在不良地质地段的安全通过技术J.中国安全科学学报,2002,(4):55-59.2吴江滨.超前地质预报在隧道工程中的应用J.工程地质学报,2003,11(2):162-168.3曹正林,周丽清,王志